내부 구조
목성은 여러 원소들이 혼합된 고밀도의 핵과 그 주변의 액상 금속성 수소층, 대부분 수소분자로 구성된 외곽층으로 이루어진 것으로 여겨집니다. 이런 구조에 관해 더 상세한 내용은 아직까지도 상당한 불확실성이 존재합니다. 핵은 보통 암석형으로 기술되지만, 상세한 조성은 그 깊이의 온도 및 압력에서 물질의 특성을 알 수 없기 때문에 불명입니다. 1997년, 핵의 존재가 여러 중력측량을 통해 주장되었는데, 그 질량은 지구의 질량의 12~45 배 또는 목성의 총질량의 대략 4~14 %입니다. 핵의 존재는 최소한 목성의 역사 부문에서 행성의 형성 모형을 통해 제기되는데, 모형에서 원시태양 성운으로부터 대량의 수소와 헬륨을 끌어모을 정도로 무거운 암석형 또는 얼음형 핵의 형성이 요구되기 때문입니다. 핵이 존재한다고 가정하면, 용융 상태의 핵은 그와 혼합된 뜨거운 액상 금속성 수소의 대류로 인해 수축하며 행성 내부에서 높은 수준의 구조를 지니게 됩니다. 여러 중력측량들이 전반적으로 그 가능성을 배제할 만큼 정밀하지 않기 때문에 핵에 관해서는 지금도 전적으로 불명입니다.
이런 모형의 불확실성은 지금까지 측정된 변수들의 오차와 상관있습니다. 회전계수 중 하나는 행성의 중력모멘트, 적도 반경, 1 바의 압력에서의 온도를 기술하는데 사용됩니다. 2016년 7월에 목성에 도달할 것으로 예정된 주노의 임무로 핵에 관한 더 나은 모형을 위해 이러한 변수들의 값은 정밀하게 제한될 것입니다.
핵 영역은 밀한 금속성 수소로 둘러싸여 있는데, 이 층은 목성의 반지름의 약 78%까지 뻗어 있습니다. 비와 유사한 헬륨 및 네온 액적이 이 층을 통해 쏟아지면서 상층부 대기에서 이러한 원소의 양이 감소하였을 것입니다.
금속성 수소층 위에는 수소로 이루어진 투명한 안쪽 대기가 자리 잡고 있습니다. 이 깊이에서의 온도는 수소에 대해 단 33K인 임계온도 이상입니다. 이 상태에서 액체 및 기체의 상은 구별할 수 없습니다. 때문에 여기서 수소는 초임계 유체 상태에 있다고 일컫습니다. 수소는 구름층에서 약 1,000 km 아래까지 뻗어 있는 상층부에서는 기체로 취급되고, 그보다 아래에 있는 층에서는 액체로 취급됩니다. 물리학적으로 그 경계는 명확하지 않습니다. 기체는 하강하면서 매끄럽게 뜨거워지고 밀해지기 때문입니다.
목성 내부의 온도와 압력은 켈빈-헬름홀츠 기작으로 인해 핵쪽으로 급격하게 증가합니다. 10 바 수준의 "표면" 압력에서, 온도는 약 340K입니다. 수소가 임계점 이상으로 가열되어 금속성을 띠게 되는 상전이 영역의 온도는 10,000K이며 압력은 200 GPa로 추정됩니다. 핵의 경계에서의 온도는 36,000 K, 압력은 대략 3,000~4,500 GPa로 추정됩니다.
대기
목성은 고도가 5,000 km 이상에 이르는 태양계에서 가장 큰 행성대기를 가지고 있습니다. 지표면이 없기 때문에, 대기의 시작점은 주로 대기압이 1 MPa (10 바), 또는 지구의 표면 압력의 열 배에 해당하는 지점으로 간주됩니다.
구름층
보이저 1호가 1979년 2월 25일에 목성 상공 920만 킬로미터에서 촬영한 목성의 대적점과 그 주변. 대적점 바로 아래의 하얀 타원형 폭풍은 지구와 직경이 거의 같습니다.
목성은 암모니아 결정 및 아마 황화수소암모늄으로 구성된 구름에 영구적으로 뒤덮혀 있습니다. 이 구름들은 대류권계면에 위치해 있으며 열대 지역으로 알려진 서로 다른 위도에 있는 띠들에 따라 배열됩니다. 이들은 밝은 색조의 대(zone)와 어두운 색조의 띠(belt)로 나뉩니다. 이들의 충돌 순환 패턴의 상호작용으로 폭풍과 난류가 유발됩니다. 국지 제트(zonal jet)에서는 풍속 100 m/s (360 km/h)의 바람이 흔하게 발생합니다. 대는 폭과 색깔, 색의 강도가 해마다 변하는 것으로 관측되어 왔는데, 과학자들이 이를 확인하기에 충분할 정도로 안정적으로 남아있습니다.
구름층은 약 50 km의 두께를 가지며, 두껍고 낮은 층과 얇고 깔끔한 영역, 최소한 두 개의 구름층으로 이루어져 있습니다. 또한 암모니아층 아래에는 얇은 H2O 구름층이 있을 것으로 여겨지는데, 목성의 대기에서 감지된 번개의 섬광을 통해 추측된 것입니다. 번개가 발생하기 위해서는 물의 극성으로 인해 전하분리가 일어나야 하기 때문입니다. 이들의 방전은 지구에서 발생하는 번개의 수천 배에 이를 정도로 강력합니다. 물구름은 내부에서 가열된 열을 통해 뇌우를 일으킬 수 있습니다.
목성의 구름에서 띠는 오랜지 및 갈색은 용승하는 화합물이 태양의 자외선에 노출되어 변색되면서 발생한 것입니다. 정확한 성질에 관해서는 아직까지 불확실하지만 이들의 실체는 인, 황 또는 아마 탄화수소일 것으로 여겨집니다. 발색단으로 알려져 있는 이러한 다채로운 화합물들은 따뜻한 낮은 쪽의 구름층과 섞이게 됩니다. 대는 상승 대류세포가 암모니아를 결정화하여 낮은 구름층을 가리게 만들 때 형성됩니다.
목성의 낮은 자전축 경사는 극지역이 적도지역보다 적은 태양 복사를 일관적으로 받고 있음을 의미합니다. 행성 내부의 대류는 더 많은 에너지를 극지역으로 수송하여 구름층의 온도 불균형을 해소하게 만듭니다.
행성의 고리
목성의 고리
목성은 이루어진 희미한 고리계를 가지고 있습니다. 목성의 고리는 크게 세 부분으로 나뉘는데, 헤일로(halo)로 알려져 있는 안쪽의 입자 토러스와, 상대적으로 밝은 큰 고리, 외곽의 매우 가는 고리가 있습니다. 이러한 고리들은 토성의 고리에서 볼 수 있는 얼음보다는 티끌로 이루어진 것으로 보입니다. 큰 고리는 목성의 위성인 아드라스테아와 메티스에서 방출된 물질로 이루어진 것으로 보입니다. 보통 위성으로 되돌아갈 물질은 목성의 강력한 중력으로 인해 끌어당겨집니다. 때문에 물질의 궤도는 목성으로 크게 틀어지게 되고 추가적인 충돌로 인해 새로운 물질이 유입됩니다. 비슷한 방법으로, 위성인 테베와 아말테아 역시 두 개의 희미한 티끌 고리를 형성했을 것입니다. 또한 아말테아의 궤도와 일치하는 암석형 고리의 증거가 있는데, 이 고리는 아말테아의 충돌 부스러기를 포함하고 있을 것입니다.